合金强化
在合金中常常用弥散的第二相质点来提高强度,最高强度对应于第二相质点尺寸不大,且呈高度弥散分布的状态,这些第二相往往是金属化合物或氧化物,比基体硬得多。
如第二相质点是利用固溶体脱溶沉淀产生的,称沉淀强化。在高强度铝合金、钢、镍基高温合金中广泛地应用着这种强化方法。
沉淀化机制与产生沉淀质点的时效处理有关(见固溶体的脱溶分解),典型的发展过程可描述如下。合金的起始强度相当于过饱和固溶体。沉淀初期新相与基体共格,尺寸很小而且弥散,屈服强度决定于位错切过沉淀相所需克服的阻力,包括共格应力、沉淀相内部结构和相界面效应等因素的贡献。随着新相的长大,以及界面和内部结构的变化,位错切割沉淀相质点逐渐困难。按奥罗万机制,当位错线能够达到的曲率半径与滑移面上粒子间距相当时,位错会以类似于弗兰克-里德源的形式绕过障碍粒子,而在第二相粒子上留下一个位错圈。这时质点间距成为控制屈服强度的主要因素,因而,在时效后期屈服强度有随时效时间延长而降低的现象。
合金中的第二相质点还可以借助于内氧化、粉末烧结等方法引入,在技术上称为弥散强化。弥散硬化的质点常用高硬度氧化物。
第二相质点一般都增大合金的加工硬化率。
铝合金强化机制有哪些?
1.固溶强化
纯铝中加入合金元素,形成铝基固溶体,造成晶格畸变,阻碍了位错的运动,起到固溶强化的作用,可使其强度提高。根据合金化的一般规律,形成无限固溶体或高浓度的固溶体型合金时,不仅能获得高的强度,而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Zn、Al-Mn等二元合金一般都能形成有限固溶体,并且均有较大的极限溶解度,因此具有较大的固溶强化效果。
2.时效强化
合金元素对铝的另一种强化作用是通过热处理实现的。但由于铝没有同素异构转变,所以其热处理相变与钢不同。铝合金的热处理强化,主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度,且随温度的降低而急剧减小。所以铝合金经加热到某一温度淬火后,可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时,其强度和硬度随时间的延长而增高,但塑性、韧性则降低,这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效,在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。其强化效果是依靠时效过程中所产生的时效硬化现象来实现的。
3.过剩相强化
如果铝中加入合金元素的数量超过了极限溶解度,则在固溶处理加热时,就有一部分不能溶入固溶体的第二相出现,称为过剩相。在铝合金中,这些过剩相通常是硬而脆的金属间化合物。它们在合金中阻碍位错运动,使合金强化,这称为过剩相强化。在生产中常常采用这种方式来强化铸造铝合金和耐热铝合金。过剩相数量越多,分布越弥散,则强化效果越大。但过剩相太多,则会使强度和塑性都降低。过剩相成分结构越复杂,熔点越高,则高温热稳定性越好。
4.细化组织强化
许多铝合金组织都是由α固溶体和过剩相组成的。若能细化铝合金的组织,包括细化α固溶体或细化过剩相,就可使合金得到强化。
由于铸造铝合金组织比较粗大,所以实际生产中常常利用变质处理的方法来细化合金组织。变质处理是在浇注前在熔融的铝合金中加入占合金重量2~3%的变质剂(常用钠盐混合物:2/3NaF+1/3NaCl),以增加结晶核心,使组织细化。经过变质处理的铝合金可得到细小均匀的共晶体加初生α固溶体组织,从而显著地提高铝合金的强度及塑性。


